Pengaruh Beban Kendaraan sebagai Beban Terbagi Rata terhadap Deformasi Geogrid sebagai Perkuatan Embankment

## Influence of Vehicle Load as Surcharge Load on Geogrid Deformation as Embankment Reinforcement
A. Adhe Noor PSH #1
e-mail : adhe_noorpatria@yahoo.co.id
Staf Pengajar Prodi Teknik Sipil, Jurusan Teknik, Fakultas Sains dan Teknik Unsoed
Abstract- Soft soil such as clay was sensitive soil. Public contructions built in this kind of soil would face some problems such as long period consolidation time, unstable embankment slope, not easily compacted and high level settlement. Some solution that could be suggested  were  the  usage  of  vertical  drain,  or  the  usage  of  geosynthetics  material  such  as  geogrid  combined  with  floating piles.Analysis was carried out by using plaxis version 7.2. soil for embankment and embankment foundation was modelled in plane strain. Also geogrid and floating piles were modelled in palne strain too. Surcharge load on top of embanknet were variated, they were 20, 35 and 50 kPa. The simulation was carried out in staged contruction mode.Final vertical displacement in geogrid due to 50 kPa vehicle load as surcharge load and long term load period (in this case excess pore water pressure was small) was -0,9062 m for rigid embankment and -1,4206 for interface embankment. The difference occured due to slip at the interface of geogrid and soil. It leaded to adding soil mass supportd by geogrid, furthermore the deflection of geogrid became bigger.
Keywords  :  slip, geogrid, floating piles, satged contruction

## P ENDAHULUAN
Pembangunan konstruksi di atas tanah lunak , seperti embankment,  bukan  hal  yang  mudah,  banyak  dijumpai kendala  selama  pembangunan  konstruksi  antara  lain waktu  konsolidasi  yang  cukup  lama,  sukarnya pemadatan  tanah,  ketidakstabilan  lereng  timbunan (embankment)  dan  tingkat  penurunan  jangka  panjang yang  besar.  Penggunaan  konstruksi  timbunan (embankment)  di  atas  tanah  lunak  antara  lain  sebagai pendukung  perkerasan  jalan  raya,  jalan  rel  maupun sebagai tanggul.
Drainase  vertikal  merupakan  salah  satu  alternatif solusi  untuk  mengatasi  masalah  ini.  Beberapa  solusi yang lain antara lain dengan pengelupasan tanah lunak bila lapisan tanah lunak tidak terlalu tebal, atau dengan menggunakan  bahan  geosintetik  seperti  geogrid  dan geotekstil sebagai perkuatan tanah. Penggunaan bahan geosintetik  sering  dikombinasikan  dengan  floating  piles yang dipancang ke dalam lapisan tanah lunak. Adapun fungsi  dari  floating  piles  adalah  memberi  dukungan terhadap  beban  yang  bekerja  melalui  perlawanan lekatan  tanah  (tahanan  gesek)  pada  dinding  piles tersebut.
T ANAH L UNAK ( CLAY )
Tanah  lempung  termasuk  jenis  tanah  lunak  yang kohesif.  Tanah  kohesif  umumnya  memiliki  partikel – partikel  yang  berukuran  halus  (seukuran  partikel lempung  dan  koloid)  dalam  jumlah  yang  besar  (Teng, 1981).  Para  ahli  memiliki  definisi  yang  berbeda – beda tentang  tanah  lempung  antara  lain  Hardiyatmo  (1992)
mencoba  menjelaskan  bahwa  tanah  lempung  tersusun atas  mineral – mineral  lempung  hasil  pelapukan  tanah secara  kimiawi  yang  menghasilkan  susunan  partikel berukuran  koloid  dengan  diameter  butiran  lebih  kecil dari  0,002  mm,  sedangkan  peneliti  lain  yaitu  Holtz  dan Kovacs  (1981)  menyatakan  bahwa  tanah  lempung adalah  tanah  yang  mengandung  mineral – mineral lempung dan memiliki plastisitas serta kohesivitas.
Tanah  yang  bersifat  kohesif  sering  kehilangan sebagian  dari  kuat  gesernya  akibat  gangguan  dan jumlah  dari  kuat  geser  yang  hilang  dinyatakan  dalam istilah sensitivitas (sensitivity) (Teng, 1981). Sensitivitas adalah  nilai  banding  antara  kuat  geser  undrained  dari tanah  dalam  kondisi  tak  terganggu  dan  kuat  geser undrained  dari  tanah  yang  sudah  berubah  dari  bentuk aslinya pada kadar air yang sama (Hardiyatmo, 1992).
Secara  umum  tanah  lempung  memiliki  sifat – sifat teknis  (engineering  properties)  (Teng,  1981)  sebagai berikut :
1)  umumya memiliki kuat geser yang rendah,
2)  bersifat plastis dan kompresibel,
3)  mudah  kehilangan  sebagian  kuat  gesernya  akibat pembasahan (wetting),
4)  mudah  kehilangan  sebagian  kuat  gesernya  akibat gangguan (disturbance) pada tanah,
5)  dapat  mengalami  penyusutan  akibat  pengeringan dan  pengembangan  akibat  pembasahan  (biasanya terjadi akibat perubahan musim),
6)  merupakan  material  yang  sangat  buruk  bila digunakan sebagai backfill, karena dapat menghasilkan tekanan tanah lateral yang besar,

## A Adhe Noor PSH
Pengaruh Beban Kendaraan sebagai Beban Terbagi Rata terhadap Deformasi Geogrid sebagai Perkuatan Embankment : 31-35
7)  merupakan  material  yang  buruk  bila  digunakan sebagai  embankment,  karena  memiliki  kuat  geser yang rendah dan lebih sukar untuk dipadatkan,
8)  bersifat kedap air (impervious),
9)  lereng  yang  tersusun  dari  tanah  lempung  (clay slopes) akan mudah mengalami kelongsoran,
10)  kemungkinan mengalami rayapan (creeps).

## G EOGRID SEBAGAI PERKUATAN
Geogrid termasuk dalam salah satu jenis geosintetik. Istilah geosintetik sendiri sebenarnya meliputi geotextile (filter  fabrics),  geomembrane,  geowebs  (confinement  & strength),  geogrid  (reinforcement),  geonet  (drainage) dan  geocomposite  (Koerner,  1990).  Geosintetik merupakan  bahan  tiruan  (sintetis)  yang  berasal  dari polimerisasi  hasil – hasil  industri  kimia  (minyak  bumi) atau dari bahan baja, semen, serat – serat sintetis, kain dan  lain – lain.  Bahan  ini  memiliki  polimer  utama penyusun bahan berupa polyester (PS), polyamide (PM), polypropylene (PP) dan polyethylene (PE) (Suryolelono, 2000).
Geosintetik  tipe  grid  (geogrid)  sering  digunakan sebagai  perkuatan  misalnya  sebagai  perkuatan  dinding penahan  tanah,  perkuatan  lapis  perkerasan,  perkuatan timbunan atau sebagai perkuatan tanah akibat bencana tanah  longsor  (Permathene,  2002).  Geogrid  memiliki kuat tarik yang tinggi dan terbuat dari lembaran polimer yang  dilubangi  dengan  pola  yang  sama  kemudian ditegangkan  pada  arah  tertentu.  Karakteristik  dan penggunaan  geogrid  sangat  ditentukan  dari  tipenya (Permathene,  2002),  hal  ini  dapat  dijelaskan  sebagai berikut  ini.
A. Uni-axial geogrid
Bahan  ini  memiliki  kuat  tarik  yang  tinggi  pada  satu arah  dan  biasanya  digunakan  pada  perbaikan  lereng terhadap  longsor  (slip  repairs),  dinding  penahan  tanah atau lereng yang terbebani dalam waktu lama (Gambar 1).
B. Bi-axial geogrid
Bahan ini memiliki kuat tarik pada dua arah yang tidak sebesar uni-axial geogrid. Umumnya digunakan sebagai perkuatan  tanah  lunak  untuk  mengurangi  pengaruh beban yang bekerja seperti beban lalu lintas kendaraan (Gambar 2).
Gambar 1 Uni-axial grid (Sumber  : Tensar, 2002).
Gambar 2 Bi-axial grid (Sumber : Tensar, 2002).

## F LOATING P ILES
Floating piles termasuk jenis fondasi tiang. Pemilihan fondasi  tiang  sebagai  fondasi  pendukung  beban didasarkan  pada  beberapa  pertimbangan  terhadap kemampuan  fondasi  tiang  tersebut,  beberapa  di antaranya adalah (Hardiyatmo, 2001)  :
1)  sebagai  penahan  gaya  horisontal  dan  gaya  yang arahnya miring,
2)  sebagai  penerus  beban  ke  tanah  yang  relatif  lunak sampai  kedalaman  tertentu,  sehingga  fondasi bangunan  mampu  memberikan  dukungan  yang cukup  untuk  mendukung  beban  tersebut  oleh gesekan dinding tiang dengan tanah di sekitarnya,
3)  sebagai  penerus  beban  bangunan  yang  terletak  di atas air atau tanah lunak, ke tanah pendukung yang kuat.
Berdasarkan  material  pembentuknya,  fondasi  tiang dapat  dikelompokan  dalam  empat  tipe  sebagai  berikut (Das, 1990) ini.
1)  tiang baja (steel piles),
2)  tiang kayu (wooden / timber piles),
3)  tiang beton (concrete piles),
4)  tiang komposit (composite piles)
Floating  piles  merupakan  jenis  fondasi  tiang  yang dipancang secara keseluruhan di dalam tanah lempung lunak,  sehingga  sebagian  besar  beban  ditahan  oleh tahanan  gesek  dinding  tiang.  Fondasi  ini  umumnya dipancang  secara  berkelompok  ke  dalam  tanah  lunak dan  kapasitasnya  dipengaruhi  oleh  salah  satu    faktor (Hardiyatmo, 2001) dari  :
1)  jumlah kapasitas tiang tunggal dalam kelompok tiang, bila jarak tiang lebar,
2)  tahanan  gesek  tiang  yang  dikembangkan  oleh gesekan  antara  bagian  luar  kelompok  tiang  dengan tanah di sekelilingnya, jika jarak tiang terlalu dekat.
Pemancangan  tiang  ke  dalam  tanah  lunak  (lempung jenuh)  cenderung  akan  mempengaruhi  tanah  (Cernica, 1995) yaitu  :
1)  tanah di sekeliling tiang terganggu/rusak,
2)  meningkatkan tekanan air pori di dalam tanah,
3)  meningkatkan kompresibilitas tanah lempung,
Dinamika Rekayasa Vol. 8 No. 1 Februari 2012 ISSN 1858-3075
4)  mempengaruhi  tanah  sampai  ke  tahap  /  tingkat tertentu pada jarak kira – kira sama dengan diameter tiang.
Menurut  De  Mello  (1960)  (dalam  Poulos  dan  Davis, 1980)  pemancangan  tiang  ke  dalam  tanah  lempung memberikan akibat antara lain  terjadi :
1)  perubahan  pada  sruktur  tanah  (remolding)  di sekeliling tiang,
2)  perubahan  kondisi  tegangan  (stress  state)  di  dalam tanah di sekeliling tiang,
3)  disipasi  dari  tekanan  air  pori  berlebih  (excess  pore water pressure) pada tanah di sekeliling tiang,
4)  fenomena  jangka  panjang  yang  merupakan kembalinya kekuatan tanah (strength regain).

## E MBANKMENT DENGAN P ERKUATAN G EOGRID DAN F LOATING P ILES
Menurut  Rankilor  (1992)  konsep  dasar  dalam memberi  perkuatan  sebuah  embankment  adalah mencegah terjadinya bidang gelincir potensial (potential slip  circles)  yang  terjadi  dan  menyediakan  tahanan geser  (shear  resistance),  saat  mulai  terjadi  gerakan tanah.  Embankment  dengan  perkuatan  tiang  ini  dapat dibedakan menjadi 2 kelompok besar (Hans dan Akins, 2002) sebagai berikut :
1)  Conventional  Pile  Supported  (CPS)  Embankments (Gambar 3),
2)  Geosynthetic-Reinforced dan Pile Supported (GRPS) Embankments (Gambar 4).
Gambar 3 Conventional pile supported (CPS) embankment.
Gambar  4  Geosynthetic-Reinforced  dan  Pile  Supported  (GRPS) Embankments.

## P ERKERASAN J ALAN
Konstruksi  perkerasan  dapat  diartikan  sebagai  suatu konstruksi  plat  elastis  yang  berlapis – lapis,  terletak pada  suatu  landasan  yang  elastis  (tanah  dasar) (Soedarsono,1985). Menurut  Departments of The Army and  The  Air  Force  (1994) terdapat  dua  macam  tipe perkerasan / pavement sebagai berikut ini.

## 1)  Perkerasan kaku (Rigid pavements )
Prinsip  utama  dalam  perancangan  perkerasan  ini adalah  membatasi  tegangan  tarik  di  dalam  PCC (portland  cement  concrete)  sampai  pada  tahap tertentu  di  bawah  kuat  lentur  betonnya,  sehingga keruntuhan  terjadi  hanya  setelah  perkerasan menahan beban berulang dengan jumlah tertentu.

## 2)  Perkerasan Lentur (Flexible pavements)
Prinsip  utama  dari  perancangan  perkerasan  ini adalah  memilih  ketebalan  perkerasan  yang dibutuhkan  untuk  membatasi  regangan  vertikal  di dalam  subgrade  dan  regangan  horisontal  pada bagian bawah dari bituminous concrete akibat beban lalu lintas kendaraan pada tingkat tertentu agar tidak terjadi  keruntuhan  geser  di  dalam  subgrade  dan keretakan di dalam bituminous surface course. Kendaraan  sebagai  salah  satu  faktor  penting  dalam perancangan  perkerasan  dikelompokan  ke  dalam beberapa tipe (UDOT, 1998) sebagai berikut ini.
1)  Kategori 1 (kendaraan ber-as ganda/general two axle vehicles) yaitu
a.  kendaraan bermotor roda dua,
b.  mobil penumpang,
c.  unit  kendaraan  ber-as  ganda  dan  kendaraan beroda empat-tunggal yang lain.
2)  Kategori 2 (bus / buses) yaitu bis.
3)  Kategori 3 (truk 1 unit / single unit trucks) yaitu a.  unit  truk  beroda  enam-tunggal  dan  ber-as ganda,
b.  unit truk ber-as tiga tunggal,
c.  unit truk dengan empat as atau lebih.
4)  Kategori 4 (single trailer trucks) yaitu
a.  kombinasi trailer tunggal dengan empat buah atau kurang as tunggal,
b.  kombinasi trailer tunggal dengan lima buah as, c.  kombinasi  trailer  tunggal  dengan  enam  as atau lebih.
5)  Kategori 5 (multi – trailer trucks) yaitu
a.  kombinasi  multi  trailer  ber-as  lima  atau kurang,
b.  kombinasi multi-trailer ber-as enam,
c.  kombinasi multi trailer ber-as tujuh atau lebih.

## A Adhe Noor PSH
Pengaruh Beban Kendaraan sebagai Beban Terbagi Rata terhadap Deformasi Geogrid sebagai Perkuatan Embankment : 31-35

## M ODEL S IMULASI N UMERIS G EOGRID REINFORCED - P ILED SUPPORTED E MBANKMENT
Simulasi  numeris  dilakukan  dengan  menggunakan Plaxis Versi  7.2 dengan permodelan  plane strain  untuk memodelkan  konstruksi  geogrid-reinforced  and  piled- supported  embankment.  Model  konstruksi  terbagi menjadi  dua  tipe  yaitu  dengan  memperhitungkan interface  (interfaced  embankment)  serta  tanpa memperhitungkan  interface  (rigid  embankment).  Detail bagian  konstruksi  dapat  dilihat  pada  Gambar  5 sedangkan  model  input  konstruksi  dalam  simulasi numeris  dapat  dilihat  pada  Gambar  6  Gambar  7. Diskretisasi elemen model geogrid-reinforced and piled- supported  embankment  sebagai  langkah  awal  simulasi numeris  dapat  dilihat  pada  Gambar  8  dan  Gambar  9. Pelaksanaan  konstruksi  embankment  dilakukan  secara bertahap dan dalam simulasi numeris dimodelkan dalam staged construction type Input  material  geogrid  dalam  simulasi  menggunakan Plaxis  versi  7.2  menggunakan  parameter  EA  sebesar 1000  kN/m.  Sedangkan  input  material  floating  piles dapat dilihat pada Tabel 3 dan Tabel 4.
T ABEL 3 P ARAMETER INPUT FLOATING PILES DAN PILE CAPS PADA REINFORCED EMBANKMENT (EA DAN EI) No Tipe Material EA (kN/m) EI (kN/m) 1. Pile caps elastic 6,436.10 6 6,704.10 4 2. Floating Piles elastic 6,553.10 5 1,327.10 3 T ABEL 4 P ARAMETER INPUT FLOATING PILES DAN PILE CAPS PADA REINFORCED EMBANKMENT ( D , W DAN � )
No Tipe d (m) w (kN/m/m) �� 1. Pile caps 0,354 0,031 0,15 2. Floating Piles 0,156 7.10 -3 0,15
Gambar 5 Embankment yang diperkuat geogrid and floating piles.
Gambar 6 Model rigid (non-interface) embankment.
Gambar 7 Model interface embankment. Gambar 8 Diskritisasi model rigid embankment. Gambar 9 Diskritisasi model Interface Embankment. Lapisan Platfor Lapisan 1 Lapisan 6 Lapisan 2 Lapisan 4 Lapisan 3 Lapisan 5 Lapisan 7 10,75 m 6,1 m 1,1 m 0,2 m 0,3 m 0,3 m 0,3 m 0,3 m 0,3 m
0,3 m
geogrid floating piles

## Dinamika Rekayasa Vol. 8 No. 1 Februari 2012
ISSN 1858-3075
Floating  piles  dan  pile  cap  yang  digunakan  terbuat dari  beton  dengan f’ c =  30  MPa  dan  memiliki  modulus elastisitas  (E)  sebesar  25742,96  MPa.  Floating  piles memiliki panjang 13 m dan diameter 0,18 m, sedangkan pile  cap  memiliki  ukuran  sisi  0,5  m  x  0,5  m  dan  tebal 0,25  m. Poisson’s  ra tio  yang  digunakan  untuk  beton sebesar 0,15 (Tabel 4). Jarak antar floating piles (pusat ke pusat ) sebesar 1 m.

## B EBAN T ERBAGI RATA K ENDARAAN
Beban  kendaraan  yang  dianalisa  dimodelkan  dalam dua tipe yaitu beban terbagi rata dan beban titik. Beban kendaraan  sebagai  beban  terbagi  rata  bekerja  pada seluruh  permukaan  timbunan  dengan  variasi  nilai sebesar 20 kPa, 35 kPa dan 50 kPa (Gambar 10).
Gambar 10 Beban terbagi rata kendaraan pada embankment.

## D EFORMASI G EOGRID S EBAGAI P ERKUATAN DI D ASAR E MBANKMENT AKIBAT B EBAN T ERBAGI RATA K ENDARAAN
Peran  geogrid  sebagai  perkuatan  di  dasar embankment;  terutama  dalam  menahan  deformasi berlebih akibat adanya  beban kendaraan  yang bekerja; sangat  besar.  Beban  kendaraan  yang  bekerja  akan mengakibatkan  terjadinya  penambahan  beban  pada embankment,  sehingga  tanah  dasar  yang  merupakan tanah  lempung  lunak  (soft  clay)  akan  mengalami perpindahan  baik  ke  arah  vertikal  maupun  ke  arah horisontal.  Perpindahan  yang  terjadi  pada  tanah  dasar tidak  begitu  besar  karena  ditahan  oleh  perkuatan geogrid,  sehingga  mengakibatkan  geogrid  terdefleksi. Besar  kecilnya  defleksi  geogrid  akibat  beban embankment  dan  beban  kendaraan  dapat  dilihat  pada Gambar 11.
Perpindahan  vertikal  akhir  yang  terjadi  pada  geogrid akibat  beban  embankment  dan  beban  kendaraan sebesar  50  kPa  untuk  durasi  pembebanan  jangka panjang  dimana  excess  pore  water  pressure  sudah sangat  kecil  adalah  sebesar  -0,9062  m  pada  rigid embankment  dan  sebesar  -1,4206  m  pada  interface embankment. Perbedaan ini terjadi karena slip (gelincir) pada  bidang  kontak  antara  geogrid  dan  tanah
mengakibatkan penambahan jumlah massa tanah  yang ditahan  oleh  geogrid,  sehingga  defleksi  pada  geogrid juga bertambah.
Gambar  11  Perpindahan  vertikal  geogrid  akibat  beban  embankment dan beban terbagi rata kendaraan.

## P USTAKA
Cernica, J.N.,  1995,  Geotechnical  Engineering  -  Foundation  Design  , John Wiley & Sons, Canada. Das,  B.M.,  1990,  Principles  of  Foundation  Engineering    ,  Second Edition, PWS -  Kent, Boston. Departments  of  The  Army  and  The  Air  Force  (1994).  “ Pavement Design  for  Roads,  Streets,  and  Open  Storage  Areas,  Elastic Layered Method” , <http:// www. army.mil/usapa/eng/DR_pubs/dr_a/pdf/tm5_822_13.pdf > (February 19, 2005).
Hardiyatmo,  H.C.,  1992,  Mekanika  Tanah  I,  P.T.  Gramedia  Pustaka Utama, Jakarta.
Hardiyatmo,  H.C.,  2001,  Teknik  Fondasi  II,  Edisi  1,  P.T.  Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
Holtz,  R.D  and  Kovacs, W.D.,  1981,  An  Introduction  to  Geotechnical
Engineering, Prentice-Hall, New Jersey, USA.
Hans,  J.  and  Akins,  K.,  2002,  Use  of  Geogrid-Reinforced  and  Pile- Supported Earth Structures, Proceeding of International Deep Foundation  Congress,  p.  668-679,  ASCE,  Februari,  Orlando, Florida,USA
Koerner,  R.M.,  1990,  Designing  With  Geosynthetics,  Second  Edition, Prentice – Hall, Englewood Cliffs, New Jersey,USA.
Permathene,  2002,  Etsong TM Geogrids, www.  Permathene.com , Auckland, New Zealand. Poulos,  H.G.  and  Davis,  E.H.,  1980,  Pile  Foundation  Analysis  and Design, John Wiley & Sons, USA.
Rankilor,  P.R.,  1992,  UTF  Geosynthetics  Manual,  UCO  Technical Fabrics, Lokeren, Belgium.
Soedarsono,  D.U.,  1985,  Konstruksi  Jalan  Raya,  Badan  Penerbit Pekerjaan Umum, Jakarta Selatan.
Suryolelono,  KB,  2000,  Geosintetik  Geoteknik  ,  Edisi  1,  Cetakan  1,
Nafiri, Yogyakarta.
Teng,  W.C.,  1981,  Foundation  Design,  Prentice – Hall,  New  Delhi, India. UDOT  ( 1998),  “ Pavement  Management  and  Pavement  Design Manual” ,<http:// www.udot.utah.gov/progdev  /Pavement/ Pavement%20Mgt%20Manual .PDF.>(November 11, 2004) -1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0 2 4 6 8 10 Jarak dari Center Line of Embankment  (m) Pe rpin dah an (m ) Kons 3.1m,Rigid Beban 20 kPa, Rigid
Beban 35 kPa, Rigid Beban 50 kPa, Rigid Kons 3.1m, Interface Beban 20 kPa, Interface Beban 35 kPa, Interface Beban 50 kPa, Interface